Posso melhorar a diretividade de um módulo de radar de banda X com antena integrada de patch plano?

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Muitos detalhes são fornecidos caso seja necessário.

Continuo a mexer com sensores remotos de proximidade acionados por um Arduino (e eventualmente apenas um chip ATMEGA * e seus colegas de segurança) e até agora tenho um bom protótipo. Ele capta o movimento exatamente como o módulo PIR e sinaliza o mesmo, que o Arduino transforma em uma batida mecânica via solenóide de 5V. O módulo PIR não funciona atrás de vidro isolado (previsivelmente) e torná-lo uma unidade externa requer mais trabalho (e gerenciamento de energia para baterias) do que estou disposto a investir no momento.

Para simplificar, decidi experimentar um módulo de radar de banda x para manter as unidades em ambientes fechados e evitar a prova de intempéries. O fascínio de apontar um dispositivo de microondas através de uma parede de tijolos para detectar movimento era bastante poderoso. :-) Estou usando este módulo Parallax ( folha de dados ).

O problema é que a unidade está captando o movimento por trás dela, além de qualquer coisa do lado da antena, mesmo com o pote de sensibilidade totalmente pressionado. Olhando para a planilha de dados (e vendo os gráficos que representam seu campo - não sabem a terminologia), parece ser o comportamento esperado. No entanto, quero focalizá-lo em um feixe voltado para a frente (em relação ao dispositivo) para que eu possa apontá-lo para fora.

Sei o suficiente para descobrir que preciso de algum tipo de guia de ondas, mas todas as tentativas de bloquear as costas com metal (papel alumínio, uma lata de Coca-Cola cortada e uma peça cônica da luminária pendente dos anos 50 que substituí por um ventilador de teto) falharam. O módulo continua captando o movimento por trás dele. Até envolvi a coisa toda em um gabinete de projeto de alumínio apenas para verificar se realmente posso cegá-lo. Parece de alguma forma atravessar o recinto e retomar o movimento de qualquer maneira. Isso foi inesperado. Suspeitei de interferência, mas a detecção SOMENTE coincide com o movimento real.

Então: o que faz um bom guia de ondas? Como vocês abordariam o problema de focar um radar doppler de pulso em um feixe razoavelmente estreito para detecção de movimento? Obrigado por qualquer insight que você possa oferecer. Fico feliz em ser mais específico ou esclarecer qualquer uma das opções acima.

Nota: Tenho certeza de que o assunto provavelmente pode ser mais específico, mas este é o meu primeiro projeto de eletrônica e eu prefiro ser vago do que confuso. : -}

Adendo de Interferência:

  • Ainda não estou convencido de que não ocorra algum tipo de interferência. Como ainda não tenho osciloscópio, não sei como testar essa teoria.

  • Esta discussão parece sugerir que minha abordagem é falha: aparentemente o estado do módulo deve ser lido de um pino analógico com limites de ruído e tempo. Eu tenho lido em um alfinete digital ALTO / BAIXO.

Joshua Nozzi
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Obrigado, DrFriedParts, por uma linha de assunto muito melhor. :-)
Joshua Nozzi

Respostas:

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A Antena de Patch Plane

A antena em questão é chamada de antena de plano de remendo (ou plano de remendo) - uma antena de remendo com um plano de referência atrás dela. Você pode vê-lo aqui (os quatro quadrados verdes mais claros perto dos cantos).

insira a descrição da imagem aqui

De acordo com a folha de dados, a diretividade é assim:

insira a descrição da imagem aqui

Por trás de sua capacidade de detecção é cerca de 63 vezes mais fraca, desde que você esteja no mesmo nível. Se você não estiver no mesmo nível, é mais de 250 vezes mais fraco.

Então ... talvez você o monte alto e o incline para baixo. Isso também ajudará você a controlar o alcance da detecção.

Você também deve estar ciente e tentar evitar reflexões. RF é apenas EM (como luz) e também ricocheteia! ... especialmente metais e soluções eletrolíticas líquidas (como água salgada).

O Refletor

Um guia de ondas não ajuda. O que você precisa aqui é um refletor. Tenho certeza que você já viu uma antena parabólica antes. É esse o objetivo: reorientar o lóbulo traseiro para a frente e reduzir os lóbulos laterais (por exemplo, melhorar a diretividade).

insira a descrição da imagem aqui

Projetar um está além do escopo do que responderei aqui. Se você optar por continuar com uma abordagem de refletor, pergunte novamente com suas perguntas mais específicas, @ me refira, e eu responderei com mais detalhes.

Abordagem de volume de pesquisa inicial

Na verdade, eu inventei uma arquitetura RADAR projetada especificamente para lidar com esse tipo de cenário chamado Interferometria Relativa Assistida por Ângulo de Chegada (ARI) e escrevi alguns trabalhos acadêmicos sobre o tópico ( [A] , [B] , [C] etc). Uma implementação completa provavelmente está além de você (e é um exagero para o seu aplicativo), mas aqui está a idéia básica:

insira a descrição da imagem aqui

Você pode sobrepor parcialmente vários módulos e correlacionar suas detecções para rejeitar destinos fora da área de interesse. Você pode criar uma boa zona de detecção focada dessa maneira. No ARI, essa região de interseção é chamada de Volume Inicial de Pesquisa (ISV).

Em conclusão...

Boa sorte! Projeto limpo.

Nota rápida (obrigado @AndrejaKo!):

Observe que se alguém usar @ para fazer referência a você em uma pergunta na qual você não postou antes, você não receberá uma notificação. Melhor opção seria colocar a referência aqui ou usar o @ no chat.

DrFriedParts
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Obrigado, isso me dá algumas coisas para o Google. Vejo que o problema é um pouco mais complexo do que previ, mas pelo menos tenho a terminologia adequada para pesquisar agora.
Joshua Nozzi
Ah as alegrias do eletromagnetismo ... ;-)
DrFriedParts
Como um engenheiro de software de carreira que se tornou um pouco cansado, eu realmente gosto de estar quase completamente perdido com um novo assunto / hobby. Muito o que aprender e manter minha ocupada.
Joshua Nozzi
@DrFriedParts Observe que se alguém usar @ para fazer referência a você em uma pergunta na qual você não postou antes, você não receberá uma notificação. Melhor opção seria colocar a referência aqui ou usar o @ no chat.
precisa saber é o seguinte
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É muito provável que os lóbulos traseiros / laterais da própria antena não sejam o problema. Qualquer objeto no lobo principal também pode refletir / dispersar a energia de microondas, redirecionando-o para a área atrás da antena (e vice-versa).

Você diz que está enviando suas microondas através de uma parede de tijolos. As características dielétricas do tijolo são muito diferentes das de ar (para não mencionar os pregos de parede, pregos / parafusos, fios e / ou tubos, etc.) e esta descontinuidade de impedância irá reflectir alguma da energia que possa colidir sobre ele, assim como a superfície de vidro de um prisma reflete e refrata a luz.

Dave Tweed
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Obrigado, bom saber. No momento, ele está sentado na minha área de trabalho, voltado para longe de mim, e não diretamente para uma parede. Mesmo voltado para a minha janela (apenas parte de vidro), ele ainda detecta movimento por trás. Eu pensei em construir uma armadilha de rato melhor (que a PIR), mas admito que não havia considerado a dispersão do sinal.
Joshua Nozzi
Acrescentando: o link que eu achei sobre a filtragem de ruído ainda é uma boa trilha a seguir?
Joshua Nozzi
Lembre-se de que a largura do feixe principal do lóbulo principal é da ordem de 120 graus; portanto, a menos que você esteja muito perto da janela, nada impede que a parede em que a janela está montada reflita a energia de volta para você.
perfil completo de Dave Tweed
Portanto, quase parece que este será um impedimento para o meu objetivo (arame de detecção de movimento destinado a um local da propriedade). Acho que me apaixonei pelo jargão das vendas: "Detecte através das paredes! Detecte unicórnios!" ;-)
Joshua Nozzi
@ Josué - Pode funcionar, simplesmente não é inerentemente super seletivo. Se você deseja localizar um destino em vez de olhar amplamente para o movimento, está se aterrando no domínio dos sistemas RADAR. Existem muitas técnicas para melhorar a diretividade, mas você terá que fazer mais do que apenas ajustar a antena integrada em seu módulo ... Pode ser uma boa tática apenas mexer com ela e ver se você consegue viver com alguns falsos positivos. . Você tem muita experiência em software, então tente várias estratégias de filtragem suave. Acrescentei mais algumas idéias à minha resposta, caso você seja ambicioso.
DrFriedParts